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北卡罗来纳州立大学的研究人员已经开发出一种可以改变植物新陈代谢的新技术。在烟草植物中测试，该技术表明它可以减少有害化合物，包括一些致癌物质。调查结果可用于改善作物的健康益处。
“许多技术可用于成功减少特定的化学化合物，或生物碱，例如烟草，但研究表明，这些技术中的一些可以增加其他有害的化合物，同时减少目标化合物，”说de-yu xie，教授植物和微生物生物学在NC状态和描述研究的论文的相应作者。“我们的技术减少了许多有害化合物 - 包括上瘾的尼古丁，致癌N-亚硝酰胺（NNN）和其他烟草特异性亚硝胺（TSNA） - 同时对植物没有有害影响。”
该技术使用转录因子和调节元件作为新调节设计的分子工具。调节元件是短，非编码的DNA片段，可控制附近编码基因的转录。转录因子是通过与调节元件结合而有助于打开或关闭某些基因的蛋白质。谢假设这些可能是设计新植物特征的新规例的有用的分子工具。众所周知，拟拟拟南芥转录因子PAP1和TT8，用于调节花青素的生物合成，或具有抗氧化性能的营养素化合物的类别。谢进一步假设这些蛋白质可以用作分子工具，以帮助压制许多有害的化合物水平，例如尼古丁。
“PAP1调节色素沉着，因此烟草植物与我们过度表达的PAP1基因是红色的，”谢说。“我们筛选了植物DNA，发现烟草在雅氮基因附近有PAP1和TT8青睐的监管元素，抑制了尼古丁生物合成。然后我们建议这些元素是测试的适当工具。总而言之，我们发现四个jaz基因在红色烟草植物中激活，具有设计的PAP1和TT8盒式盒。“
谢及其同事通过在温室和现场检查烟草植物来测试假设，并显示在两种类型的实验中减少有害化学化合物和尼古丁。例如，NNN水平从具有PAP1和TT8过表达的烟草植物的叶片中的63〜79％降低。总体而言，该技术显着降低了4个致癌TSNA。
谢认为，该技术具有在其他作物植物中使用的潜力，以促进其他有益的特征，并使一些食物更健康。
本文出现在高级研究杂志。研究助理Mingzhu Li是本文的第一个作者。前博士后研究员西智他和Christophe La Hovary是一首第一作者。该研究得到了R.J.的支持雷诺兹烟草公司
-kulikowski -
编辑的注释：纸上的摘要跟随。
“De Novo调节设计表明了改变植物次生新陈代谢的有效性”
作者：明柱李，仙志，克里斯托夫拉·罗马，岳朱，义伦洞，石义刘，惠城邢，瑶村，玉成杰，东明马，塞西玉卓·德国和德玉剑，国家大学
发表：2021年6月20日高级研究杂志
迪伊：10.1016 / J.Jare.2021.06.017
抽象的：
介绍
转录因子（TFS）和顺式调节元件（CRES）对照各种生物过程中涉及的基因转录物。我们假设TFS和CRES可以是De Novo Crululation设计的有效分子工程。
目标
我们选择了两种拟南芥TF类型和两种烟草CRE类型，以设计DE Novo调节，并评估其在植物工程中的有效性。
方法
G-Box和MyB识别元素（MRES）在四个尼古利亚纳Tabacum Jazs（Ntjazs）启动子中确定。在一个尼古丁途径基因启动子中鉴定出类似元素的类似元素和G盒。TF筛选导致选择拟南芥的拟南芥产生1（PAP1 / MYB）和透明测试8（TT8 / BHLH）。两种NTJAZ和两个尼古丁途径基因启动子被商业窄叶Madole（NL）和Ky171（Ky）烟草品种克隆。进行电泳迁移率移位测定（EMSA），进行交联染色质免疫沉淀（芯片）和双荧光素酶测定，并通过PAP1（P），TT8（T），PAP1 / TT8以及PAP1 /TT8 /透明TESTA GLABRA 1（TTG1）复合物。设计了DNA盒，然后合成，以将PAP1和TT8堆叠在一起。通过以下工业和转基因议定书进行三年的现场试验。完成基因表达和代谢分析以表征植物次生代谢。
结果
PAP1，TT8，PAP1 / TT8和PAP1 / TT8 / TTG1复合物绑定到和活化的NTJAZ启动子，但没有与尼古丁途径基因启动子结合。工程化的红色P + T植物显着上调了四个NTJAZS，但下调了烟草生物碱生物合成。田间试验显示出五种烟草生物碱和四种致癌烟草特异性亚硝胺的大多数或所有固化叶片的癌症，或者所有的工程化P + T和PAP1基因型。
结论
G箱，MRE和两种TF类型是DE Novo调节设计的适当分子工具，用于改变植物次生新陈代谢的新型遥远通路交叉调节。
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